La sustentación es un fenómeno meteorológico que utilizan los aviones y las aves como fuente de energía . La aplicación más común de la sustentación por parte de los seres humanos es en el deporte y la recreación. Los tres deportes aéreos que utilizan el vuelo a vela son: el vuelo sin motor , el ala delta y el parapente .
La energía se puede obtener utilizando el aire ascendente procedente de cuatro fuentes:
En el vuelo dinámico también es posible ganar energía, aunque para ello se utilizan diferencias en la velocidad del viento en lugar del aire ascendente.
Las corrientes térmicas son columnas de aire ascendente que se forman en el suelo a través del calentamiento de la superficie por la luz solar. [1] Si el aire contiene suficiente humedad, el agua se condensará a partir del aire ascendente y formará nubes cúmulos .
Las aves, como las rapaces , los buitres y las cigüeñas , suelen utilizar la sustentación térmica. Aunque los hermanos Wright ya la conocían en 1901, los seres humanos no la explotaron hasta 1921, cuando Wilhelm Leusch la utilizó en Wasserkuppe , Alemania. [2] No fue hasta alrededor de 1930 cuando el uso de las corrientes térmicas para planeadores se volvió algo común. [3]
Una vez que se encuentra una térmica, el piloto vuela en círculos para mantenerse dentro de la misma, ganando altura antes de volar hacia la siguiente térmica y hacia el destino. Esto se conoce como "desplazamiento térmico". Las velocidades de ascenso dependen de las condiciones, pero son comunes las velocidades de varios metros por segundo. Las térmicas también se pueden formar en línea, generalmente debido al viento o al terreno, creando calles de nubes . Esto puede permitir volar en línea recta mientras se asciende en sustentación continua.
Cuando el aire tiene poca humedad o cuando una inversión impide que el aire cálido se eleve lo suficiente para que la humedad se condense, las corrientes térmicas no crean cúmulos. Los lugares típicos donde se encuentran corrientes térmicas son sobre ciudades, campos recién arados y carreteras asfaltadas , pero a menudo es difícil asociarlas con alguna característica del terreno. En ocasiones, las corrientes térmicas son causadas por los gases de escape de las centrales eléctricas o por incendios.
Como requiere aire caliente ascendente, la aerodinámica solo es eficaz en latitudes medias desde la primavera hasta finales del verano. A pesar de estas limitaciones, es la fuente de sustentación más común utilizada por los pilotos de planeadores, ya que la sustentación de las crestas y las ondas de sotavento requieren un terreno montañoso y, por lo tanto, es posible que no se encuentren cerca de un aeródromo determinado. Durante la temporada baja, cuando las térmicas son más débiles, aún se pueden utilizar las sustentaciones de las crestas y las ondas y algunos pilotos viajan a áreas más montañosas para volar.
La elevación de las crestas , o elevación orográfica , se produce por el ascenso del aire en el lado barlovento de una pendiente. Las aves marinas y los aviones utilizan ampliamente esta elevación. En lugares donde sopla un viento constante, una cresta puede permitir un tiempo prácticamente ilimitado en el aire. [4]
En el caso de las elevaciones de cresta, los pilotos suelen volar con tramos largos y rectos paralelos a la cresta. Si no se alcanza la altura máxima de elevación, el piloto puede dar la vuelta y volar en la otra dirección por encima de la misma pendiente. Con vientos de entre 20 y 25 nudos (46 km/h), es posible que las aeronaves se eleven a una altitud de hasta el doble de la altura del obstáculo. La elevación de cresta también puede aumentarse con corrientes térmicas cuando las pendientes también están orientadas hacia el sol. [5]
Las ondas de sotavento se producen cuando sopla un viento de 25 nudos (46 km/h) sobre una montaña. Siempre que haya un aumento constante de la fuerza del viento con la altitud sin un cambio significativo de dirección, se pueden crear ondas estacionarias. Fueron descubiertas por un piloto de planeador, Wolf Hirth , en 1933. [6] Estas ondas alcanzan alturas mucho mayores que la obstrucción original y, por lo tanto, pueden permitir que los planeadores asciendan a la estratosfera. Los pilotos usan oxígeno suplementario para evitar la hipoxia porque la mayoría de los planeadores no tienen cabinas presurizadas. Esta elevación a menudo está marcada por nubes lenticulares (con forma de lente) largas y estacionarias que se encuentran perpendiculares al viento. [7] Una onda de montaña se utilizó para establecer el récord de altitud más alta de un planeador cuando Jim Payne y Tim Gardner se elevaron a una altitud de 22.657 metros (74.334 pies) el 2 de septiembre de 2018 sobre El Calafate , Argentina, en el Windward Performance Perlan II construido especialmente . [8] El récord mundial de distancia actual de 3.008 km (1.869 millas terrestres) de Klaus Ohlmann (establecido el 21 de enero de 2003) [9] también se logró utilizando ondas de montaña en América del Sur .
Un fenómeno de olas poco común se conoce como Morning Glory , una nube en espiral que produce una fuerte sustentación. Los pilotos que se encuentran cerca del golfo de Carpentaria en Australia lo aprovechan en primavera . [10]
Se ha observado que las aves utilizan la elevación de las olas para cruzar regiones montañosas. [11]
Los límites donde se encuentran dos masas de aire se conocen como zonas de convergencia . [12] Estas pueden ocurrir en brisas marinas o en regiones desérticas. Una brisa marina (o brisa terrestre ) es un viento del mar que se desarrolla sobre la tierra cerca de las costas. En un frente de brisa marina, el aire frío del mar se encuentra con el aire más cálido de la tierra y crea un límite como un frente frío poco profundo a lo largo de una línea de cizalladura . Esto crea una banda estrecha de sustentación planeable con vientos tan ligeros como 10 nudos (19 km/h). Estos permiten ganar altitud volando a lo largo de la intersección como si fuera una cresta de tierra. La convergencia puede ocurrir a distancias considerables y, por lo tanto, puede permitir un vuelo prácticamente recto mientras se asciende.
En el vuelo a vela dinámico [13], la energía se obtiene cruzando repetidamente la frontera entre masas de aire de diferente velocidad horizontal, en lugar de mediante el aire ascendente. Estas zonas de alto " gradiente de viento " suelen estar demasiado cerca del suelo para que los planeadores las utilicen de forma segura, pero los albatros y los planeadores aeromodelistas aprovechan este fenómeno.
Un piloto puede crear una indicación de sustentación en instrumentos no compensados al iniciar un ascenso tirando de la palanca hacia atrás (de ahí el término " térmica de palanca "). Esto no es una verdadera sustentación porque el aumento de la energía potencial de la aeronave se logra al disminuir la velocidad aerodinámica en lugar de ser el resultado de volar en aire ascendente. Los planeadores están equipados con instrumentos que están compensados para evitar indicaciones de térmicas de palanca, pero el fenómeno es evidente en aeronaves cuya compensación es inadecuada.
Los hermanos Wright conocían las corrientes térmicas en 1901, pero fueron descubiertas realmente por primera vez en 1921 por William (sic) Leusch en Wasserkuppe...